磷酸

CAS登錄號(hào) 7664-38-2 EINECS登錄號(hào) 231-633-2 化學(xué)式 H₃PO₄ 分子量 98

熔點(diǎn) 42℃  沸點(diǎn) 261℃（分解）   水溶性:可與水以任意比互溶

密度 1.874g/mL（液態(tài)）    外觀:白色固體，大于42℃時(shí)為無色粘稠液體

別稱：正磷酸;食用磷酸;乙烯利水劑;磷酸(食品級(jí));一縮原磷酸;工業(yè)磷酸;磷酸85%工業(yè)級(jí)

應(yīng)用：主要用于水處理、制藥、磷酸鹽工業(yè)、電鍍、拋光工業(yè)、制糖工業(yè)、肥料等工業(yè)，也可用作化學(xué)試劑。在食品工業(yè)中作為酸味劑、酵母營(yíng)養(yǎng)劑等

磷酸或正磷酸，是一種常見的無機(jī)酸，是中強(qiáng)酸。由五氧化二磷溶于熱水中即可得到。正磷酸工業(yè)上用硫酸處理磷灰石即得。磷酸在空氣中容易潮解。加熱會(huì)失水得到焦磷酸，再進(jìn)一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用于制藥、食品、肥料等工業(yè)，包括作為防銹劑，食品添加劑，牙科和矯形外科，EDIC腐蝕劑，電解質(zhì)，助焊劑，分散劑，工業(yè)腐蝕劑，肥料的原料和組件家居清潔產(chǎn)品。也可用作化學(xué)試劑，磷酸鹽是所有生命形式的營(yíng)養(yǎng)。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

正磷酸是由一個(gè)單一的磷氧四面體構(gòu)成的磷酸。在磷酸分子中P原子是sp3雜化的，3個(gè)雜化軌道與氧原子間形成3個(gè)σ鍵，另一個(gè)P—O鍵是由一個(gè)從磷到氧的σ配鍵和兩個(gè)由氧到磷的d-pπ鍵組成的。σ配鍵是磷原子上的一對(duì)孤對(duì)電子向氧原子的空軌道配位而形成。d←p配鍵是氧原子的py、pz軌道上的兩對(duì)孤對(duì)電子和磷原子的dxz、dyz空軌道重疊而成。由于磷原子3d能級(jí)比氧原子的2p能級(jí)能量高很多，組成的分子軌道不是很有效的，所以P—O鍵從數(shù)目上來看是三重鍵，但從鍵能和鍵長(zhǎng)來看是介于單鍵和雙鍵之間。純H₃PO₄和它的晶體水合物中都有氫鍵存在，這可能是磷酸濃溶液之所以粘稠的原因。

物理性質(zhì)

市售磷酸是含85%H₃PO₄的粘稠狀濃溶液。從濃溶液中結(jié)晶，則形成半水合物2H₃PO₄·H₂O（熔點(diǎn)302.3K）。

結(jié)（冰）晶點(diǎn)：

磷酸屬于中強(qiáng)酸，其結(jié)晶點(diǎn)（冰點(diǎn)）為21℃，當(dāng)?shù)陀诖藴囟葧r(shí)會(huì)析出半水物結(jié)（冰）晶。當(dāng)然，通常磷酸在10℃以上甚至更低溫度下也不結(jié)（冰）晶，這是由于磷酸具有過冷的特性，也就是實(shí)際上市售的磷酸在低于21℃時(shí)會(huì)偏離其結(jié)（冰）晶點(diǎn)，不會(huì)立即結(jié)（冰）晶的現(xiàn)象存在。但這樣的低溫只要維持一段時(shí)間，在靜止的狀態(tài)下，磷酸很容易產(chǎn)生結(jié)（冰）晶。

磷酸結(jié)晶就像其他液體結(jié)晶一樣屬于物理變化而非化學(xué)變化。其化學(xué)性質(zhì)不會(huì)因結(jié)晶而改變，也即磷酸的質(zhì)量是不會(huì)因結(jié)晶而受影響的，只要給予溫度熔化或加熱水稀釋溶化，仍可以正常使用。

　　結(jié)晶特性：磷酸濃度高、純度高，結(jié)晶性高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣溫在4攝氏度上下，濃度大于85%時(shí)，其結(jié)晶性增大，若不慎混入結(jié)（冰）晶磷酸，會(huì)造成原本沒有結(jié)（冰）晶的磷酸立即感染而結(jié)（冰）晶，而且磷酸結(jié)（冰）晶異常迅速，直致磷酸儲(chǔ)存容器大部結(jié)（冰）晶。磷酸結(jié)（冰）晶后，上部磷酸邊稀，下部沉積針狀結(jié)（冰）晶體純磷酸。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，75%磷酸在較低（4℃附近）的溫度下也較難結(jié)（冰）晶，因此在較低的氣溫條件下，建議使用75%磷酸比較妥當(dāng)。

　　磷酸結(jié)（冰）晶好比水結(jié)冰，是其本身的物理性能，固有屬性，不能改變，只有妥善保存處理才能防止結(jié)（冰）晶。

化學(xué)性質(zhì)

磷酸是三元中強(qiáng)酸，分三步電離，不易揮發(fā)，不易分解，有一定氧化性。具有酸的通性。

（1）濃磷酸可以和氯化鈉共熱生成氯化氫氣體（與碘化鉀、溴化鈉等也有類似反應(yīng)），屬于高沸點(diǎn)酸制低沸點(diǎn)酸

（2）磷酸根離子具有很強(qiáng)的配合能力，能與許多金屬離子生成可溶性的配合物。

（3）磷酸受強(qiáng)熱時(shí)脫水，依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是鏈狀結(jié)構(gòu)，多聚的偏磷酸是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

（4）需要特別注意的是，濃熱的磷酸能腐蝕二氧化硅，生成雜多酸。但由于反應(yīng)原理過于復(fù)雜，因此中學(xué)課程將其簡(jiǎn)化為氫氟酸是唯一能與二氧化硅反應(yīng)的酸。濃熱磷酸還能分解絕大部分礦物，如鉻鐵礦、金紅石、鈦鐵礦等。

制備方法

    磷酸的原料主要是磷礦（主要成分為氟磷酸鈣Ca₁₀F₂(PO₄)₆）和以硫酸為主的無機(jī)酸。

    實(shí)驗(yàn)室制法：實(shí)驗(yàn)室可用強(qiáng)酸+磷酸鹽制備磷酸。　　

    3H+ + PO₄^3- ==== H₃PO₄ （原理：強(qiáng)酸制弱酸）

    濕法：工業(yè)上常用濃硫酸跟磷酸鈣、磷礦石反應(yīng)制取磷酸，濾去微溶于水的硫酸鈣沉淀，所得濾液就是磷酸溶液。或讓白磷與硝酸作用，可得到純的磷酸溶 液。

    3P₄ + 20HNO₃ + 8H₂O ==== 12H₃PO₄ + 20NO↑

    熱法：白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，再經(jīng)水化制成。注意必須用熱水，因?yàn)槲逖趸�二磷�?huì)和冷水反應(yīng)生成劇毒的偏磷酸。

    多磷酸的生產(chǎn)：多磷酸的生產(chǎn)主要由正磷酸在適當(dāng)條件下脫水而成。

    重結(jié)晶法：將工業(yè)磷酸用蒸餾水溶解后，把溶液提純，除去砷和重金屬等雜質(zhì)，經(jīng)過濾，使濾液符合食品級(jí)要求時(shí)，濃縮，制得食用磷酸成品。

應(yīng)用領(lǐng)域

一、農(nóng)業(yè)：

1、磷酸是生產(chǎn)重要的磷肥（過磷酸鈣、磷酸二氫鉀等）的原料

2、生產(chǎn)飼料營(yíng)養(yǎng)劑（磷酸二氫鈣）的原料。

3、高純磷酸可用于制作無氟飼料，復(fù)合肥料等。

4、生產(chǎn)殺蟲劑的原料磷酸酯

二、工業(yè)：磷酸是一種重要的化工原料，主要作用如下：

1、金屬表面處理中用作防銹劑；處理金屬表面，在金屬表面生成難溶的磷酸鹽薄膜，以保護(hù)金屬免受腐蝕。金屬表面鋼管磷化處理，配制電解拋光液和化學(xué)拋光液

2、在電鍍工業(yè)中用作拋光劑。和硝酸混合作為化學(xué)拋光劑，用以提高金屬表面的光潔度。如鋁制品的拋光

3、日化工業(yè)中用作洗滌劑助劑，生產(chǎn)洗滌用品的原料磷酸酯。

4、生產(chǎn)含磷阻燃劑的原料

5、制造各種磷酸鹽、酸式磷酸錳、焦磷酸鉀；濕法磷酸主要用于制造各種磷酸鹽，如磷酸銨、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉，磷酸三鈉等和縮合磷酸鹽類

6、塑料用于酚醛樹脂縮合的催化劑

7、染料及中間體生產(chǎn)用的干燥劑

8、印刷用于配制揩去膠印彩印版上污點(diǎn)的清洗劑、去污劑

9、用于安全火柴的制造。火柴用于浸漬火柴梗，能使燃燒過的火柴梗不成灰而成炭狀，使用時(shí)較為安全

10、冶金工業(yè)中用于生產(chǎn)耐酸、耐火泥；可提高冶金爐的壽命。磷酸鹽能在水泥顆粒表面形成“不溶性”的磷酸鈣作為緩凝劑。

11、橡膠用于漿料的凝固劑及生產(chǎn)無機(jī)粘結(jié)劑的原料

12、涂料用于金屬防銹漆

13、工業(yè)中用作凝結(jié)劑

14、紡織印染業(yè)中用作印染媒染劑，絲綢的光澤劑

15、制糖業(yè)中用作澄清劑

16、分析化學(xué)中用作分析試劑，如分解樣品，作配合掩蔽劑、沉淀劑

17、用于電子工業(yè)，用作酸性清洗腐蝕劑，在硅平面管和集成電路生產(chǎn)中，普遍以鋁膜作電極引線，需要對(duì)鋁膜進(jìn)行光刻，用磷酸作酸性清洗腐蝕劑，可與乙酸配制使用。

18在水處理領(lǐng)域主要用作軟水劑、水垢清洗劑，以及用作磷系水處理劑的生產(chǎn)原料等；

19、化工生產(chǎn)中的催化劑、干燥劑及軟水劑

20、乙烯合成與過氧化氫的精制過程中用作酸化劑

21、助焊劑：磷酸2份,苯胺2分(重量)充分混合后使用，成功地對(duì)不銹鋼進(jìn)行了錫焊。無機(jī)型水熔性助焊劑，磷酸及其鹽，在采用磷酸作為活化劑時(shí)，可以在120℃溫度下使用，磷酸二氫銨等磷酸鹽出有用于水熔性無機(jī)助焊劑。

不銹鋼字、鈦金字的焊接助焊劑。強(qiáng)腐蝕性的釬劑就是磷酸50水50。還有一種釬劑就是氯化鋅25，鹽酸25，水50 焊接溫度在180~320 這兩種都適用于洛鋼和不銹鋼，鎳洛合金、鐵洛鋁絲

三、食品：

1、在食品中作為酸味劑、酵母營(yíng)養(yǎng)劑；

2、飲料生產(chǎn)中用作酸化劑和調(diào)味劑，可樂中就含有磷酸。

3、磷酸鹽也是重要的食品添加劑，

4、可作為營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)劑。

四、醫(yī)學(xué)：

1、磷酸可用于制取含磷藥物，例如甘油磷酸鈉等。

2、制造甘油磷酸鈉、磷酸鐵、磷酸鋅等

3、制造青霉素時(shí)調(diào)節(jié)酸堿度

4、制造磷酸鋅作為牙科補(bǔ)牙時(shí)粘合劑，醫(yī)院中作假牙(義齒)用的"磷酸鋅粘固粉液"。

5、在去除因燒傷壞死的疤痕時(shí)的修飾劑

生產(chǎn)方法

1.工業(yè)生產(chǎn)方法有濕法和熱法

（1）濕法：制得磷酸濃度較低，而且含雜質(zhì)較多，需要進(jìn)行凈化；用酸分解磷礦石制得。此法分為硫酸法、鹽酸法、硝酸法和硫酸氫銨法。常用為硫酸法；

硫酸法：

    由于反應(yīng)溫度和制得磷酸濃度不同，在磷酸水溶液中硫酸鈣晶體有三種不同形式，按其生產(chǎn)工藝分為“二水物”流程、“半水物”流程、“無水物”流程，近年還出現(xiàn)“半水-二水物”流程和“二水-半水物”流程等；

    濕法(硫酸法)二水物：

    流程將磷礦石粉碎至80～100目后，加入萃取槽，再加人淡磷酸和返酸以維持料漿的液固比為(2.5～3.5)：1(重量比)，并調(diào)節(jié)磷酸濃度。把硫酸按理論量的102%～104%加入萃取槽，與磷礦粉于75～85℃進(jìn)行萃取反應(yīng)4～8h。反應(yīng)后的料漿經(jīng)過濾，濾液即為磷酸，濃度一般在20%～25%P₂O₅，其中一部分返回萃取槽調(diào)節(jié)液固比，另一部分送去蒸發(fā)濃縮，制得磷酸成品。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

 

     Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄+10H₂O→3H₃PO₄+5CaSO₄?2H₂O+HF↑

濾渣經(jīng)多次洗滌后排出，其磷石膏用于制造硫酸的原料，洗液返回萃取槽用；

（2）熱法：制得磷酸濃度和純度都高，但耗電量大、投資和成本較高；

磷酸的生產(chǎn)有酸冷流程、水冷流程和噴射除霧流程，現(xiàn)分述如下：

酸冷流程：

將黃磷在熔磷槽內(nèi)熔化成液體，經(jīng)磷噴嘴送人燃燒水合塔，同時(shí)用壓縮空氣(一次空氣)將磷霧化，使磷氧化燃燒生成五氧化二磷。為了使磷氧化完全，在塔頂還需補(bǔ)充二次空氣。在塔頂沿塔壁淋灑30～40℃的循環(huán)磷酸，使五氧化二磷氣體冷卻，同時(shí)與水合成磷酸。排出的氣體進(jìn)入電除霧器以回收磷酸，再經(jīng)冷卻至30～40℃后，大部分作循環(huán)磷酸返回燃燒水合塔，小部分作磷酸成品。其反應(yīng)方程式如下：

    P₄+5O₂→2P₂O₅

  P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄

    水冷流程：

    將黃磷熔化后，用泵把液態(tài)磷送人燃燒室，同時(shí)用壓縮空氣使磷霧化，并補(bǔ)充二次空氣，使磷在燃燒室內(nèi)進(jìn)行氧化。產(chǎn)生氣體溫度為800℃左右，在室外用水冷卻，使壁溫保持80～125℃。從燃燒室出來的氣體進(jìn)入石墨制的氣體冷卻器，氣體經(jīng)冷卻至80℃時(shí)進(jìn)入水合塔，在塔中分三層噴水冷卻，并水合成磷酸成品。尾氣冷卻至100℃以下，經(jīng)電除霧器排入大氣；

  噴射除霧流程：

  將液態(tài)黃磷經(jīng)磷噴嘴送入燃燒水合塔，同時(shí)用壓縮空氣使磷霧化，燃燒生成的五氧化二磷立即與水形成磷酸酸霧。將酸霧經(jīng)熱交換器冷卻后被噴射除霧器吸人，酸霧在噴射器喉部碰撞，凝集成大顆粒后在旋風(fēng)分離器內(nèi)回收，配制成85%H₃PO₄，制得磷酸成品；

2.重結(jié)晶法

將工業(yè)磷酸用蒸餾水溶解后，把溶液提純，除去砷和重金屬等雜質(zhì)，經(jīng)過濾，使濾液符合食品級(jí)要求時(shí)，濃縮，制得食用磷酸成品；

3.三氯氧磷法

將工業(yè)級(jí)三氯氧磷經(jīng)蒸餾提純后與高純水反應(yīng)，調(diào)到所需濃度后便生成磷酸，再用冷凍結(jié)晶法提純，并用微孔濾膜過濾除去塵埃顆粒，制得無色透明的BV-1級(jí)磷酸；

4.工業(yè)上用硫酸處理磷灰石即得磷酸；

精制提純法：將工業(yè)磷酸用無離子水溶解后，進(jìn)行提純，除去砷和重金屬等雜質(zhì)，經(jīng)過濾、濃縮，制得高純工業(yè)磷酸成品；

5.將黃磷燃燒生成五氧化二磷，用水吸收制得磷酸；

P₄+ 5O₂→2P₂O₅

P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄

6.將沉淀劑氫氧化鋇緩慢加入裝有粗磷酸的降硫罐，攪拌加熱至95℃，并維持20min后放人陳化罐，陳化 26d左右。下層濁液經(jīng)過濾回收磷酸，上層清液加熱至85℃泵人除砷填充塔的塔頂，從塔底通入H2S氣體。過剩的尾氣從塔頂導(dǎo)入NaOH溶液中和槽，帶有懸浮塊的磷酸液漿從塔底出料，進(jìn)入凝聚罐，并加熱至90℃，后經(jīng)過濾罐、調(diào)節(jié)罐(維持溫度80℃)，再入吸附罐。吸附罐的溫度控制在80℃，加入活性炭、硅藻土進(jìn)行攪拌吸附1h。最后進(jìn)入濾漿罐，維持55℃過濾后即得食品級(jí)磷酸；

磷酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

指標(biāo)名稱	指標(biāo)
	BV-l級(jí)	MOS級(jí)	低塵高純級(jí)
磷酸(H3PO4)/%≥	85	85	85
揮發(fā)性酸/10-6≤	10	10	10
氯化物(以Cl-計(jì))/10-6≤	1	1	3
硫酸鹽(以SO42-計(jì))/l0-6≤	10	-	-
硝酸鹽(以NO3計(jì))/10-6≤	-	5	5
鈉(Na)/10-6≤	0.1	10	15
鉀(K)/10-6≤	0.1	5	10
鐵(Fe)/10-6≤	0.05	10	20
鎳(Ni)/10-6≤	0.05	5	5
銅(Cu)/10-6≤	0.02	5	10
砷(As)/10-6≤	0.05	0.5	1
鉛(Pb)/10-6≤	0.2	5	5
錳(Mn)/10-6≤	0.01	5	5
鋅(Zn)/10-6≤	-	10	-
銻(Sb)/10-6≤	-	1	2
鎘(Cd)/10-6≤	-	5	-
鈣(Ca)/10-6≤	-	20	30
鎂(Mg)/10-6≤	-	10	20
高錳酸鉀還原物質(zhì)	合格	合格	-
高錳酸鉀還原物質(zhì)(以H3PO4計(jì))/10-6≤	-	-	100

 

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3149—92

指標(biāo)名稱	指標(biāo)
外觀	無色透明或略帶淺色稠狀液體
色度/黑曾≤	20
磷酸(H3PO4)/%≥	85.0
砷(以As計(jì))/%≤	0.0001
氟(以F計(jì))/%≤	0.001
重金屬(以Pb計(jì))/%≤	0.001
氯化物(以Cl-計(jì))/%≤	0.0005
硫酸鹽(以SO42-計(jì))/%≤	0.005
易氧化物(以H3PO3計(jì))/%≤	0.012

 

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2091—92

指標(biāo)名稱	指標(biāo)
	85%			75%
	優(yōu)等品	一等品	合格品	優(yōu)等品	一等品	合格品
外觀	無色透明或略帶淺色稠狀液體
色度/黑曾≤	20	30	40	20	30	40
磷酸(H3PO4)/%≥	85.0	85.0	85.0	75.0	75.0	75.0
氯化物(以Cl-計(jì))/%≤	0.0005	0.0005	0.001	0.0005	0.0005	0.001
硫酸鹽(以SO42-計(jì))/%≤	0.003	0.005	0.01	0.003	0.005	0.01
鐵(Fe)/%≤	0.002	0.002	0.005	0.002	0.002	0.005
砷(As)/%≤	0.0001	0.005	0.01	0.0001	0.005	0.01
重金屬(以Ph計(jì))/%≤	0.001	0.001	0.05	0.001	0.001	0.05

 

GB 3149—1992

色度/號(hào)	≤20
含量(H3PO4)/%	≥85.0
砷(以As計(jì))/%	≤0.0001
氟(F-)/%	≤0.01
重金屬(以Pb計(jì))/%	≤0.001
硫酸鹽(以SO42-計(jì))/%	≤0.005
氯化物(以c1-計(jì))/%	≤0.0005
易氧化物(以H3PO4 計(jì))/%	≤0.012

 

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)遼Q/HG 1890一84

指標(biāo)名稱	指標(biāo)
外觀	無懸浮物，無色透明油狀物
磷酸(H3PO4)/%	70.0～75.0
砷(As)/%≤	0.0005
鉛(Pb)/%≤	0.0003
銅(Cu)/%≤	0.0001
鐵(Fe)/%≤	0.002
鎳(Ni)/%≤	0.001
鉻(Cr)/%≤	0.0001
氟(F)/%≤	0.002
三氧化硫(S03)/%≤	0.005
氯(C1)/%≤	0.0015

 

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